[发明专利]磷掺杂的锂电池高镍正极材料及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种磷掺杂的锂电池高镍正极材料、制备工艺及基于该正极材料的锂离子电池。所述正极材料包括磷、LiNisubgt;x/subgt;Mnsubgt;1‑x/subgt;Osubgt;2/subgt;纳米纤维或LiNisubgt;x/subgt;Cosubgt;y/subgt;Mnsubgt;1‑x‑y/subgt;Osubgt;2/subgt;纳米纤维，具有表面残锂量低、高长径比、高比表面积、比容量高、循环寿命长、制备工艺简便等特点。

技术领域

本发明涉及一种磷掺杂的锂电池高镍正极材料、制备工艺及基于该正极材料的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、功率密度高、工作电压高、循环寿命长、安全性能好、无记忆效应、无污染等优点，从诞生到现在其应用领域已经从最初的移动通讯领域迅速扩展到汽车、军事、航空航天、医疗等领域，是目前应用最为广泛的二次电池之一。伴随着应用领域的扩展和下游需求量的增加，消费者对高能量密度锂电池的需求日益迫切。

目前，商业化二次锂电池的容量主要取决于正极材料的容量，欲进一步提高锂离子电池的能量密度，就必须探索合成新的正极材料。在已发表的专利和文献中，高镍二元正极LiNi_xMn_1-xO₂(0.5X1)和高镍三元正极(NCM：LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，0.5x0.9，0.001y0.4)是目前研究较为广泛的两种类型高容量正极材料，合成上述正极材料主要通过共沉淀法、高温固相法、溶胶凝胶法、水热法、模板法、微波法等。但是上述高容量正极材料在安全性能、循环性能、储存性能、加工性能等方面仍存在不足。尽管目前已通过掺杂和表面包覆使充放电效率和循环性能都有明显的提高，但稳定性仍然难以满足在动力汽车中的应用。

静电纺丝技术作为纳米材料重要制备工艺之一，具有操作简便，产物粒径、比表面积大等优势，被广泛应用制备金属、无机氧化物及高分子纳米纤维。2012年，授权号为CN102392311A的中国专利公开了一种静电纺丝法制备磷酸亚铁锂正极材料。该材料具有较大的比表面积，提高了传统磷酸亚铁锂高倍率充放电的性能和低温条件下充放电的质量比容量，为磷酸亚铁锂的合成提供了一种新的方法。受此启发，授权号为CN103560243A的中国专利于2014年公开了一种静电纺丝工艺制备的三元材料，该材料比表面积高，直径可控，能加快离子、电子传导，显著改善锂离子电池的电化学性能。公开号为CN107437620A的中国专利则公布了一种高镍三元NCM622纳米线材料的制备方法。在该专利中，发明人首先配制一定摩尔比的锂源、镍源、钴源和锰源溶液，然后采用静电纺丝工艺制备了高镍三元NCM622纳米线前驱体，最后通过高温煅烧得到高镍三元NCM622纳米线材料。但是，随着镍含量的提升(LiNi_xMn_1-xO₂，LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，x0.5)，材料循环稳定性降低，热稳定性变差，将导致电池容量迅速衰减，电池寿命降低。

综上，开发比容量高，循环稳定性优异且制备过程简单可控，易于规模化生产的正极材料属于该领域的技术难题。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明的目的之一在于提供一种磷掺杂的锂电池正极材料。